Phần 2 Giáo trình Điện tử cơ bản trình bày về các mạch điện tử cơ bản, các mạch điện tử cơ bản trong ô tô. Giáo trình được biên soạn cho sinh viên cao đẳng nghề và trung cấp nghề Công nghệ ô tô. Tham khảo nội dung giáo trình để nắm bắt nội dung chi tiết.
Trang 1CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
Hình 2.1: Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
Sơ đồ nắn dòng xoay chiều 1 pha nửa kỳ sử dụng rất ít trong thực tế vì chất lượng điện áp 1 chiều sau khi nắn kém trị số hiệu dụng điện áp 1 chiều thấp đồng thời còn mấp mô nhiều
* Nguyên lý làm việc
Sơ đồ nắn dòng nửa kỳ một pha sử dụng điốt nắn dòng chỉ cho dòng điện
đi theo một chiều:
Ở nửa chu kỳ đầu: Dòng điện đi từ (+) máy phát đến (+) của điốt qua phụ
tải rồi về (-) của máy phát
Ở nửa chu kỳ sau: Nhờ có điốt nên không cho dòng điện đi qua phụ tải
Vì vậy dòng điện sau khi nắn vẫn còn nhiều mấp mô
b Mạch chỉnh lưu cầu
* Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ nắn dòng cả kỳ nguồn điện xoay chiều một pha được sử dụng rất phổ biến Trong hệ thống điện ôtô, máy kéo Sơ đồ này được dùng ở một số bộ phận như rơle khống chế trong hệ thống điều khiển máy khởi động điện
D
Rt
Trang 2Hình 2.2: Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu
* Nguyên lý làm việc
Ở nửa chu kỳ đầu: Khi thế dương của máy phát đặt vào điểm a, thế âm đặt vao điểm b có dòng điện đi từ : (+) máy phát đến (a) qua Đ1 qua Rt qua Đ3 về (b) rồi về (-) máy phát
Ở nửa chu kỳ sau: Khi thế dương của máy phát đặt vào điểm (b), thế âm của máy phát đặt vào điểm (a) có dòng điện đi từ (+) máy phát tới điểm (b) qua Đ2 qua Rt qua Đ4 rồi về (a) và về (-) máy phát
c Mạch chỉnh lưu nhân 2
Hình 2.3:Sơ đồ mạch chỉnh lưu nhân 2
Để trở thành mạch chỉnh lưu nhân 2 ta phải dùng hai tụ hoá cùng trị số mắc nối tiếp, sau đó đấu 1 đầu của điện áp xoay chiều vào điểm giữa hai tụ =>
ta sẽ thu được điện áp tăng gấp 2 lần
Ở mạch trên, khi công tắc K mở, mạch trở về dạng chỉnh lưu thông thường
Khi công tắc K đóng, mạch trở thành mạch chỉnh lưu nhân 2, và kết quả là
ta thu được điện áp ra tăng gấp 2 lần
Trang 32 Mạch khuyếch đại
2.1.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch khuyếch đại
Mạch khuyếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuếch đại âm tần trong Cassete, Âmply, khuếch đại tín hiệu video trong
Ti vi mầu v.v
Mạch kuếch đại có thể dùng tranzitor rời rạc hoặc dùng IC
a Mạch IC khuếch đại thuật toán và mạch khuếch đại dùng IC
IC khuếch đại thuật toán viết tắt là OA (Operational Amplifier) thực chất
là một bộ khuếch đại một chiều gồm nhiều tầng, ghép trực tiếp, có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào và một đầu ra
Quy ước kí hiệu một bộ khuếch đại thuật toán (OA) Trong đó, đầu vào là
UVK gọi là đầu vào không đảo, đánh dấu (+) Đầu vào UVĐ gọi là đầu vào đảo, đánh dấu (-) Đầu ra là Ura (+E) nguồn cung cấp điện dương, (-E) nguồn cung cấp điện âm Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu tín hiệu vào Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào tín hiệu đảo thì tín hiệu ra ngược dấu với tín hiệu vào Đầu vào đảo thường được dùng để hồi tiếp âm bên ngoài cho OA Hồi tiếp âm là trích một phần tín hiệu từ đầu ra cho quay về đầu vào và ngược pha với tín hiệu vào
b Nguyên lý làm việc của mạch khuếch đại điện áp dùng OA
Sơ đồ khuếch đại dùng OA, mạch điện có hồi tiếp âm thông qua Rht Đầu vào không đảo được nối với điểm
chung của mạch điện, tức là nôi mát
Tín hiệu vào qua R1đưa đến đầu vào
đảo của OA Kết quả điện áp ở đầu ra
ngược dấu với điện áp ở đầu vào và
được khuếch đại
Hệ số khuếch đại điện áp:
2.2 Các loại mạch khuyếch đại
Có ba loại mạch khuyếch đại chính là :
Hình 2.4: Sơ đồ khuếch đại đảo dùng OA
Trang 4Khuếch đại về điện áp: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có biên độ nhỏ vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần
Mạch khuếch đại về dòng điện: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có cường
độ yếu vào, đầu ra ta sẽ thu được một tín hiệu cho cường độ dòng điện mạnh hơn nhiều lần
Mạch khuếch đại công suất: Là mạch khi ta đưa một tín hiệu có công suất yếu vào, đầu ra ta thu được tín hiệu có công suất mạnh hơn nhiều lần, thực ra mạch khuếch đại công suất là kết hợp cả hai mạch khuếch đại điện áp và khuếch đại dòng điện làm một
2.3 Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại
Các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại là phụ thuộc vào chế độ phân cực cho Transistor, tuỳ theo mục đích sử dụng mà mạch khuếch đại được phân cực để KĐ ở chế độ A, chế độ B , chế độ AB hoặc chế độ C
a Mạch khuếch đại ở chế độ A
Là các mạch khuếch đại cần lấy ra tín hiệu hoàn toàn giống với tín hiệu ngõ vào
Hình 2.5:Mạch khuếch đại chế độ A khuếch đại
cả hai bán chu kỳ tín hiệu ngõ
* Để Transistor hoạt động ở chế độ A, ta phải định thiên sao cho điện áp UCE ~ 60% ÷ 70% Vcc
* Mạch khuếch đại ở chế độ A được sử dụng trong các mạch trung gian như khuếch đại cao tần, khuếch đại trung tần, tiền khuếch đại v v
b Mach khuếch đại ở chế độ B
Mạch khuếch đại chế độ B là mạch chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu khuếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuếch đại bán
kỳ âm ta dùng transistor PNP, mạch khuếch đại ở chế độ B không có định thiên
Trang 5Hình 2.6:Mạch khuyếch đại ở chế độ B chỉ khuếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào
Mạch khuếch đại chế độ B thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại công suất đẩy kéo như công suất âm tần, công suất mành của Ti vi, trong các mạch công suất đẩy kéo, người ta dùng hai đèn NPN và PNP mắc nối tiếp, mỗi đèn sẽ khuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu, hai đèn trong mạch khuếch đại đẩy kéo phải có các thông số kỹ thuật như nhau:
* Mạch khuếch đại công suất kết hợp cả hai chế độ A và B
Hình 2.7:Mạch khuếch đại công suất Amply
Q1 khuếch đại ở chế độ A, Q2 và Q3 khuếch đại ở chế độ B, Q2 khuếch đại cho
bán chu kỳ dương, Q3 khuếch đại cho bán chu kỳ âm
c Mạch khuếch đại ở chế độ AB
Mạch khuếch đại ở chế độ AB là mạch tương tự khuyếch đại ở chế độ B, nhưng có định thiên sao cho điện áp UBE xấp xỉ 0,6 V, mạch cũng chỉ khuếch đại một nửa chu kỳ tín hiệu và khắc phục hiện tượng méo giao điểm của mạch khuếch đại chế độ B, mạch này cũng được sử dụng trong các mạch công suất đẩy kéo
Trang 6Khái niệm về ghép tầng: Một thiết bị điện tử gồm có nhiều khối kết hợp
lại, mỗi khối lại có nhiều tầng khuếch đại được mắc nối tiếp với nhau và khi mắc nối tiếp thường sử dụng một trong các kiểu ghép sau:
Ghép tầng qua tụ điện
Ghép tầng qua biến áp
Ghép tầng trực tiếp
a Ghép tầng qua tụ điện
Hình 2.9:Mạch khuếch đại đầu từ - có hai tầng khuếch
đại được ghép với nhau qua tụ điện
Ở trên là sơ đồ mạch khuếch đại đầu từ trong đài Cassette, mạch gồm hai tầng khuếch đại mắc theo kiểu E chung, các tầng được ghép tín hiệu thông qua
Trang 7tụ điện, người ta sử dụng các tụ C 1 , C 3 , C 5 làm tụ nối tầng cho tín hiệu xoay chiều đi qua và ngăn áp một chiều lại, các tụ C2 và C4 có tác dụng thoát thành phần xoay chiều từ chân E xuống mass, C6 là tụ lọc nguồn
Ưu điểm của mạch là đơn giản, dễ lắp do đó mạch được sử dụng rất nhiều trong thiết bị điện tử, nhược điểm là không khai thác được hết khả năng khuếch đại của Transistor do đó hệ số khuếch đại không lớn
Ở trên là mạch khuếch đại âm tần, do đó các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1µF ÷ 10µF
Trong các mạch khuếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nanô Fara
b Ghép tầng qua biến áp
Hình 2.10:Tầng Trung tần tiếng của Radio sử dụng biến áp ghép tầng
Ở trên là sơ đồ mạch trung tần Radio sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau
Ưu điểm của mạch là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuếch đại, hơn nữa cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ để cộng hưởng khi mạch khuếch đại ở một tần số cố định
Nhược điểm: nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chế tạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích
c Ghép tầng trực tiếp
Kiểu ghép tầng trực tiếp thường được dùng trong các mạch khuếch đại công suất âm tần
Trang 8Hình 2.11:Mạch khuếch đại công suất âm tần có đèn đảo pha Q 1
được ghép trực tiếp với hai đèn công suất Q 2 và Q 3
3 Mạch điều khiển
3.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển điện tử
3.1.1 Nguyên lý mạch điều khiển điện tử:
Bộ điều khiển là bộ biến đổi tín hiệu Uđk thành góc điều khiển được tính
từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên của van động lực Để xác định được góc Cần phải biết thông tin về pha của điện áp
đặt lên van động lực Tức là van điều khiển
phải tạo ra xung đồng pha với điện áp đặt lên
van động lực Bộ điều khiển của sơ đồ chỉnh
lưu một pha không đối xứng được thiết kế
theo nguyen lý điều khiển dọc
Bộ điều khiển này gồm: Bộ tao xung
răng cưa hoặc còn gọi là điện áp tựa (RC) và
bộ so sánh (SS) Tín hiệuđồng bộ sẽ đồng bộ
quá trình làm việc của máy phát xung răng cưa URC, sẽ được so sánh với tín hiệu điều khiển trong bộ so sánh
Hình 2.12: Nguyên lý mạch điều khiển điện tử
Hình 2.13: Sơ đồ tổng quát của mạch điện tử điều khiển
Trang 9Tại thời điểm URC = Uđk, bộ so sánh sẽ tạo ra một xung mà vị trí của nó trên trục thời gian sẽ phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu điều khiển
3.1.2 Nguyên lý mạch điều khiển tín hiệu:
a Sơ đồ:
BA: Biến áp hạ điện áp từ 220V để nuôi mạch điều khiển
Đ1, C: Điốt và tụ điện để biến đổi điện xoay chiều thành điện một chiều nuôi mạch điều khiển
VR, R1: Điện trở điều chỉnh ngưỡng tác động cho T1, T2
R3: điện trở tạo thiên áp cho T2
Đ2: điốt bảo vệ T1 và T2
T1, T2: tranzitor điều khiển rơ le hoạt động
K: rơ le đóng, cắt nguồn 9 (điều khiển các tiếp điểm K1, K2) theo nguyên
lý bảo vệ quá điện áp chúng ta có thể làm mạch bảo vệ điện áp thấp
b Hoạt động:
Bình thường điện áp bằng 220V rơ le K không hút, tiếp điểm thường đóng
K1 đóng điện cho tải Khi điện áp vào tăng cao, trên biến trở VR nhận một tín hiệu điện áp vượt ngưỡng làm việc của điốt ổn áp Đo, điốt ổn áp cho phép dòng điện chạy qua Hai tranzitor T1 và T2 nhận tín hiệu dòng điện chạy từ điốt ổn áp, khuếch đại dòng điện này, cấp cho cuộn dây rơ le (K) Rơ le tác động làm mở tiếp điểm thường đóng K1, cắt điện tải; đóng tiếp điểm thường mở K2 cho đèn hiệu (ĐH) sáng, chuông kêu báo hiệu rằng điện áp đang qúa cao nên căt điện
3.2 Các loại mạch điều khiển
3.2.1 Mạch điều khiển điện áp
Hình 2.14: Sơ đồ mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện
Trang 10do đó hệ thống nạp khá đơn giản
Hình 3.15: Mạch điều chỉnh điện áp máy phát bằng IC
- Khi bật khoá điện trạng thái ON, động cơ tắt
Khi bật khoá điện trạng thái ON sẽ cấp điện áp ắc quy đến cực IG của tiết chế IC Điện áp này được phát hiện bởi M.IC và Tr1 được mở làm dòng kích từ ban đầu chạy đến cuộn rô to qua ắc quy và cực B Để giảm dòng điện phóng qua
ắc quy khi bật khoá điện, MIC giữ dòng kích từ ở giá trị nhỏ khoảng 0,2A bằng cách bật và tắt gián đoạn Tr1 Do việc phát điện chưa bắt đầu nên điện áp cực P bằng 0 Điện áp này được M.IC phát hiện, nó tắt Tr1, bật Tr2 làm cho đèn báo nạp bật sáng (hình vẽ).Dòng điện phát ra bởi máy phát (thấp hơn điện áp tiêu chuẩn)
Khi máy phát bắt đầu phát điện và điện áp cực P tăng, bộ M.IC chuyển
Tr1 từ trạng thái tắt mở gián đoạn sang trạng thái mở liên tục làm cho dòng kích thích đủ lớn được cung cấp từ ắc quy đến cuộn rô to Vì vậy dòng điện phát ra tăng đột ngột Khi điện áp P tăng, bộ M.IC tắt Tr2 và bật Tr1 do sau đó không có
sự chênh lệch điện áp nên đèn báo nạp tắt (hình vẽ)
Trang 11Khi Tr1 vẫn bật và điện áp cực S đạt tới điện áp tiêu chuẩn, trạng thái này được phát hiện bởi bộ Mc và Tr1 tắt Khi điện áp cực S giảm xuống khoảng tiêu chuẩn, bộ MIC phát hiện sự giảm này và lại bật Tr1 Bằng cách lặp lại quá trình này điện áp cực S sẽ được giữ ở điện áp tiêu chuẩn Do điện áp cực P cao bộ MIC giữ Tr2 tắt và Tr1 bật nên đèn báo nạp vẫn không sáng
3.2.2 Mạch điều khiển đánh lửa
điện thế nhưng chưa đến ngưỡng
mở nên T1, T2 khoá, không có
dòng sơ cấp qua cuộn W1
- Khi động cơ nổ rô to phát tín
hiệu quay các vấu rôto quét qua
cuộn dây điều khiển làm cuộn dây
điều khiển suất hiện suất điện động
3.2.3 Mạch điều khiển xin đường
a Sơ đồ (Hình 3.6)
b Hoạt động:
- Bật công tắc xin đường phải (RH):
Dòng điều khiển từ (+ ) ắc qui → CC tổng→ KĐ →CC→Cực IG(IC)
→ER(IC) →CT →mát IC mở Tranzitor T1 có dòng qua rơ le, đóng K1
Trang 12Dòng làm việc từ (+) ắc qui đến cực +B (IC) qua K1đến cực LR(IC) đến các đèn xin đường phải và đèn báo xin đường phải, ra mát
- Bật công tắc xin đường phải (RH): (Dòng điện đi tương tự)
Dòng điều khiển từ (+ ) ắc qui → CC tổng →KĐ → CC →Cực IG (IC)
→ER (IC)→ CT → mát IC mở Tranzitor T2 có dòng qua rơ le, đóng K2
Dòng làm việc từ (+) ắc qui đến cực +B (IC) qua K2 đến cực LL (IC) đến các đèn xin đường trái và đèn báo xin đường trái, ra mát
- Khi bật công tắc cảnh báo (Xin dường đi thẳng hoặc báo nguy) Dòng điều khiển từ (+ ) ắc qui → CC tổng → KĐ → CC → Cực IG(IC) → EHW (IC)
→ CT → mát IC mở Tranzitor T1 và T2 có dòng qua hai rơ le, đóng K1 và K2 có
dongf điện đến tất cả các đèn xin đường phải và trái
CÂU HỎI ÔN TẬP
Câu 1: Vẽ sơ đồ nguyên lý và trình bày nguyên lý làm việc của các loại mạch chỉnh lưu
Câu 2: Trình bày cấu tạo, ký hiệu quy ước và nguyên lý làm việc của transistor trường
Câu 3: Vẽ các kiểu mạch định thiên cơ bản của transistor trường
Câu 4: Vẽ sơ đồ nguyên lý và trình bày nguyên lý làm việc của các loại mạch khuếch đại
Hình 3.6 sơ đồ mạch điều khiển xin đường
Trang 14CHƯƠNG 3: CÁC MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRONG Ô TÔ
1.Mạch chỉnh lưu cầu ba pha
1.1 Sơ đồ:
Mạch chỉnh lưu cầu ba pha
(Hình 3.1) là sơ đồ cầu nắn điện 3 pha
Mỗi pha nắn cả hai nửa chu kỳ, điện áp
nắn ra là điện áp dây, như vậy sẽ có 6
nửa chu kỳ nắn qua phụ tải là dòng điện
một chiều Điện áp đã chỉnh lưu ba pha
như (Hình 3.2)
1.2 Nguyên lý hoạt động
Giả sử thời điểm 1 điện áp tức thời pha A là lớn nhất, điện thế dương Dòng điện tải đi như sau: Pha A điốt 2 phụ tải mát điốt 4,6 để về pha
C và pha B điểm 0. pha A Thời điểm 2 thì pha A nhỏ nhất, dòng điện tải
để pha A 0 pha B điốt 1 và pha C điốt 3 tải mát điốt 5 pha A
0
Hình 3.2: Dòng điện 3 pha chưa chỉnh lưu và đã chỉnh lưu
2 Mạch điều khiển điện áp máy phát điện
2.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
a Sự cần thiết phải có bộ điều chỉnh điện
- Tất cả các phụ tải trên Ôtô có hiệu điện thế định mức và dòng điện định mức nên đòi hỏi nguồn cung cấp phải ổn định
Hình 3.1: Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha
Trang 15- Điện áp của máy phát phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu nên không được ổn định
- Trong quá trình làm việc của ôtô tốc độ quay của trục khuỷu luôn thay đổi bởi nhiều lý do khác nhau:
Chính vì thế làm cho điện áp thay đổi theo:
Trong quá trình làm việc tải của máy phát không đều nhau Tất cả các phụ tải trên Ôtô đều làm việc nên dòng cung cấp phải lớn, có lúc ít tải làm việc Ngoài ra hệ thống điện trên Ôtô thường xảy ra sự cố như chạm chập
Vậy trong hệ thống cung cấp điện cần có bộ điều chỉnh điện để giữ cho điện áp của máy phát và dòng điện của máy phát, phát ra ổn định trong một phạm vi nào đó không vượt quá giá trị quy định Vì vậy bộ điều chỉnh điện là tối
cần thiết
b Nguyên lý chung để điều chỉnh tự động điện áp
Khi làm việc điện áp máy phát phát ra có giá trị:
Ump =E- IƯ RƯ
Trong đó: Iư: Dòng máy phát phát ra
RƯ: Tổng trở mạch phần ứng Vì RƯ nhỏ nên IƯ Rư nhỏ vì vậy coi :
Wkt : Số vòng dây của cuộn kích từ ( Wkt = const)
Rkt: Điện trở của cuộn dây kích từ ( Rkt = const )
Ikt: Dòng điện kích từ Là dòng đưa vào cuộn dây kích từ